QCM : Méthodes physiques d’analyse chimique — 20 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle grandeur l’absorbance AA caractérise-t-elle pour une solution éclairée à une longueur d’onde donnée ?

Sa résistance au passage du courant électrique
Son volume de solvant présent dans la cuve
Sa quantité de matière dissoute par litre
Sa capacité à absorber le rayonnement incident

Sa capacité à absorber le rayonnement incident

Explication

L’absorbance mesure la capacité d’une solution à absorber un rayonnement à une longueur d’onde donnée et ne possède pas d’unité. La concentration décrit une quantité de soluté par volume et s’exprime en mol⋅L−1\mathrm{mol\cdot L^{-1}}.

2. Une solution contenant un seul soluté coloré a une concentration CC et est analysée dans une cuve d’épaisseur ℓ\ell. Quelle relation permet de calculer son absorbance ?

A=CεℓA=\frac{C}{\varepsilon\ell}
A=ε+ℓ+CA=\varepsilon+\ell+C
A=ℓεCA=\frac{\ell}{\varepsilon C}
A=εℓCA=\varepsilon\ell C

$$A=\varepsilon\ell C$$

Explication

La loi de Beer-Lambert donne A=kC=εℓCA=kC=\varepsilon\ell C pour un soluté coloré unique. La conductivité suit une relation différente, associée à la loi de Kohlrausch.

3. Dans quelle situation la loi de Beer-Lambert est-elle considérée comme linéaire ?

Lorsque A>1,2A>1{,}2 et C>10−2 mol⋅L−1C>10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
Lorsque A>1,2A>1{,}2 et C<10−2 mol⋅L−1C<10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
Lorsque A<1,2A<1{,}2 et C<10−2 mol⋅L−1C<10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
Lorsque A<1,2A<1{,}2 et C>10−2 mol⋅L−1C>10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}

Lorsque $$A<1{,}2$$ et $$C<10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$$

Explication

La relation est linéaire dans le domaine où A<1,2A<1{,}2, ce qui correspond ici à C<10−2 mol⋅L−1C<10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}. Une absorbance plus élevée ou une concentration dépassant ce seuil sort de la zone de linéarité indiquée.

4. Que représente la conductance GG d’une portion de solution située entre deux plaques ?

L’inverse de la résistance électrique de la portion
La résistance électrique multipliée par la distance entre les plaques
La concentration totale des ions dissous dans la portion
La capacité de la solution à absorber un rayonnement lumineux

L’inverse de la résistance électrique de la portion

Explication

La conductance traduit la capacité de la portion de solution à conduire le courant et vaut l’inverse de sa résistance. La conductivité tient en plus compte de la géométrie de la cellule.

5. Une portion de solution présente une résistance RR lorsqu’elle est parcourue par un courant II sous une tension UU. Quelle expression de la conductance est correcte ?

G=1I=URG=\frac{1}{I}=\frac{U}{R}
G=R=UIG=R=\frac{U}{I}
G=RI=URG=\frac{R}{I}=\frac{U}{R}
G=1R=IUG=\frac{1}{R}=\frac{I}{U}

$$G=\frac{1}{R}=\frac{I}{U}$$

Explication

La conductance vérifie G=1/R=I/UG=1/R=I/U, conformément à la loi reliant tension, courant et résistance. L’expression U/IU/I correspond à la résistance, et non à la conductance.

6. Une cellule contient une solution dont la conductance vaut GG, avec une distance entre électrodes ℓ\ell et une surface d’électrode SS. Comment déterminer sa conductivité ?

σ=ℓSG\sigma=\ell SG
σ=SℓG\sigma=\frac{S}{\ell}G
σ=GℓS\sigma=\frac{G}{\ell S}
σ=ℓSG\sigma=\frac{\ell}{S}G

$$\sigma=\frac{\ell}{S}G$$

Explication

La conductivité est donnée par σ=(ℓ/S)G=kG\sigma=(\ell/S)G=kG, où k=ℓ/Sk=\ell/S est la constante de cellule. Le rapport inverse S/ℓS/\ell ne corrige pas correctement la géométrie.

7. Pour une solution ionique contenant plusieurs espèces, quelle relation exprime la loi de Kohlrausch ?

σ=∑iλi[Xi]\sigma=\sum_i\lambda_i[X_i]
σ=∏iλi[Xi]\sigma=\prod_i\lambda_i[X_i]
σ=∑i[Xi]λi\sigma=\sum_i\frac{[X_i]}{\lambda_i}
σ=∑iλi+[Xi]\sigma=\sum_i\lambda_i+[X_i]

$$\sigma=\sum_i\lambda_i[X_i]$$

Explication

La loi de Kohlrausch additionne les contributions ioniques sous la forme σ=∑iλi[Xi]\sigma=\sum_i\lambda_i[X_i]. Les concentrations sont donc pondérées par les conductivités molaires ioniques correspondantes.

8. Quel est le principe d’un dosage par étalonnage ?

Comparer une grandeur physique de la solution inconnue à celles d’étalons de concentrations connues
Faire réagir la solution inconnue avec un réactif jusqu’à détecter une équivalence
Déduire la concentration à partir de la masse du récipient avant et après dilution
Mesurer directement le volume de solvant nécessaire pour préparer la solution inconnue

Comparer une grandeur physique de la solution inconnue à celles d’étalons de concentrations connues

Explication

Le dosage par étalonnage relie une grandeur physique caractéristique à la concentration en comparant la solution inconnue à des solutions étalons connues. Le suivi d’une réaction jusqu’à l’équivalence relève d’un dosage titrimétrique.

9. Quelle succession d’opérations correspond à un dosage par étalonnage correctement conduit ?

Préparer un étalon, mesurer sa température, tracer C=f(X)C=f(X), puis ignorer la mesure de l’inconnue
Préparer au moins quatre étalons, mesurer, tracer X=f(C)X=f(C), modéliser, puis exploiter la mesure inconnue
Mesurer l’inconnue, choisir un étalon proche, ajouter un réactif, puis calculer une masse dissoute
Diluer l’inconnue, mesurer sa masse volumique, ajuster le volume, puis repérer une équivalence

Préparer au moins quatre étalons, mesurer, tracer $$X=f(C)$$, modéliser, puis exploiter la mesure inconnue

Explication

La méthode demande plusieurs étalons préparés par dilution, des mesures de la grandeur physique, une droite d’étalonnage, puis la mesure de l’inconnue dans les mêmes conditions. La concentration inconnue est ensuite obtenue graphiquement ou par l’équation du modèle.

10. Pourquoi la droite d’étalonnage passe-t-elle par l’origine en spectrophotométrie et en conductimétrie dans le domaine étudié ?

Parce que les instruments imposent une ordonnée à l’origine nulle quelle que soit la grandeur
Parce que les solutions étalons ont toutes le même volume final après dilution
Parce que l’absorbance et la conductivité sont proportionnelles à la concentration
Parce que la concentration est calculée avant la mesure de la grandeur physique

Parce que l’absorbance et la conductivité sont proportionnelles à la concentration

Explication

Dans ces deux méthodes, la grandeur mesurée est proportionnelle à la concentration, d’où une droite passant par l’origine. L’appareil ne suffit pas à imposer cette propriété pour toute relation expérimentale.

11. Dans quelle plage de longueurs d’onde une solution colorée absorbe-t-elle dans le domaine visible ?

Entre 100 et 200 nm
Entre 200 et 400 nm
Entre 400 et 800 nm
Entre 800 et 1200 nm

Entre 400 et 800 nm

Explication

Le domaine visible s’étend de 400 à 800 nm, tandis que les longueurs d’onde inférieures à 400 nm appartiennent à l’ultraviolet. La plage 200–400 nm correspond donc à l’ultraviolet et non au visible.

12. Que représente un spectre d’absorption UV-visible ?

L’absorbance en fonction de la longueur d’onde
La concentration en fonction de la température
La longueur d’onde en fonction de l’absorbance
La transmittance en fonction du nombre d’onde

L’absorbance en fonction de la longueur d’onde

Explication

Un spectre UV-visible donne l’absorbance AA en fonction de la longueur d’onde λ\lambda et fait apparaître des maxima caractéristiques de l’espèce dissoute. La transmittance en fonction du nombre d’onde décrit plutôt un spectre infrarouge.

13. Une espèce dissoute absorbe principalement la lumière verte autour de 520 nm : quelle couleur sera principalement perçue par l’observateur ?

Une couleur verte très lumineuse
Une couleur jaune-orangée
Une couleur magenta ou violette
Une couleur bleue turquoise

Une couleur magenta ou violette

Explication

Lorsqu’une espèce absorbe dans un domaine du visible, la couleur perçue est complémentaire de la couleur absorbée ; l’absorption du vert conduit donc au magenta ou au violet. La couleur verte correspondrait à la lumière principalement transmise plutôt qu’à la couleur complémentaire.

14. Quelle grandeur est représentée en fonction du nombre d’onde dans un spectre infrarouge ?

La concentration exprimée en moles par litre
L’absorbance exprimée en unité de longueur
La température exprimée en kelvins
La transmittance exprimée en pourcentage

La transmittance exprimée en pourcentage

Explication

Un spectre infrarouge représente la transmittance TT, généralement en pourcentage, en fonction du nombre d’onde σ\sigma exprimé en cm−1\mathrm{cm}^{-1}. L’absorbance en fonction de la longueur d’onde correspond au spectre UV-visible.

15. Que se produit-il lorsqu’un rayonnement infrarouge est absorbé par un échantillon moléculaire ?

Les atomes cessent leur mouvement désordonné
Les molécules émettent des électrons libres
Les noyaux atomiques se transforment en ions
Les liaisons moléculaires se mettent à vibrer

Les liaisons moléculaires se mettent à vibrer

Explication

L’énergie infrarouge absorbée excite les vibrations des liaisons moléculaires et produit des bandes caractéristiques. La transformation des noyaux ou la production d’électrons libres ne décrit pas le mécanisme fondamental de l’absorption infrarouge.

16. Quelle démarche permet d’identifier un groupe caractéristique à partir d’un spectre infrarouge ?

Repérer les bandes, relier leurs nombres d’onde aux liaisons, puis vérifier les groupes dans la formule
Calculer la masse molaire, puis identifier les liaisons sans comparer le spectre à des tables
Mesurer la couleur de l’échantillon, puis associer cette couleur à une liaison dans la formule
Repérer la température d’ébullition, puis déduire les bandes sans consulter les nombres d’onde

Repérer les bandes, relier leurs nombres d’onde aux liaisons, puis vérifier les groupes dans la formule

Explication

L’analyse commence par le repérage des bandes et de leurs nombres d’onde, suivie de leur association à des liaisons grâce aux tables, puis de la vérification des groupes dans la formule. La couleur ou la masse molaire ne permet pas de suivre cette identification spectroscopique.

17. Quelle approximation caractérise un gaz parfait ?

Les entités occupent une grande partie du volume et s’attirent fortement
Les entités sont rapprochées et leurs interactions dominent le mouvement
Les entités ont une taille négligeable et des interactions négligeables
Les entités restent immobiles et possèdent une taille comparable au récipient

Les entités ont une taille négligeable et des interactions négligeables

Explication

Le modèle du gaz parfait considère des entités en mouvement désordonné dont la taille et les interactions sont négligeables devant les distances et le mouvement. Les descriptions fondées sur des interactions fortes correspondent davantage à un gaz réel.

18. Quelle équation relie la pression, le volume, la quantité de matière et la température d’un gaz parfait ?

PV=nRTPV=\frac{n}{RT}
PV=nRTPV=nRT
P=nVRTP=nVRT
P+V=nRTP+V=nRT

$$PV=nRT$$

Explication

L’équation d’état d’un gaz parfait est PV=nRTPV=nRT, où les produits de la pression et du volume sont reliés à la quantité de matière et à la température. Ajouter les grandeurs ou inverser le rôle de RTRT ne respecte pas cette relation.

19. Dans l’équation des gaz parfaits, quelle température faut-il utiliser pour un gaz à 25 °C ?

25 K
273,15 K
248,15 K
298,15 K

298,15 K

Explication

La température absolue s’obtient par T(K)=T(∘C)+273,15T(\mathrm{K})=T(^{\circ}\mathrm{C})+273,15, donc 25 °C correspondent à 298,15 K. La valeur 25 K reprend la température Celsius sans conversion et ne convient pas à l’équation des gaz parfaits.

20. À température et pression fixées, quelle expression donne le volume molaire d’un gaz parfait ?

Vm=nV=PRTV_m=\frac{n}{V}=\frac{P}{RT}
Vm=Vn=RTPV_m=\frac{V}{n}=\frac{RT}{P}
Vm=VP=nTRV_m=\frac{V}{P}=\frac{nT}{R}
Vm=PV=nRTVV_m=\frac{P}{V}=\frac{nRT}{V}

$$V_m=\frac{V}{n}=\frac{RT}{P}$$

Explication

Le volume molaire est défini par Vm=VnV_m=\frac{V}{n} et l’équation PV=nRTPV=nRT conduit à Vm=RTPV_m=\frac{RT}{P}. L’expression nV\frac{n}{V} représente l’inverse du volume molaire et non le volume molaire lui-même.

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Qu'est-ce que l'absorbance A mesure dans une solution ?

La capacité d'une solution à absorber un rayonnement à une longueur d'onde donnée.

Quelle formule relie l'absorbance A à la concentration C pour un soluté coloré ?

A = kC =εℓ= \varepsilon\ell C.

Que représente ε\varepsilon dans la loi de Beer-Lambert ?

Le coefficient d’extinction molaire en L·mol⁻¹·cm⁻¹.

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